微放电通道的径向扩展与放电均匀性的研究

论文摘要

介质阻挡放电（DBD）能产生非热平衡等离子体。目前,其已被广泛应用于绝缘材料表面改性、杀菌消毒、CO2激光器、等离子体显示面板和臭氧合成等工业领域。本文通过均匀DBD的粒子模拟计算和DBD径向扩展性的实验研究,研究DBD径向扩展性与放电均匀性。首先,建立了粒子模拟计算的简化模型,模拟计算了单一气隙中电子崩发展过程。结果表明,要在空气大气压下产生均匀放电,需要减缓电子崩的发展过程,抑制流注的形成;空间电荷对崩头附近不同区域的电场有较强的削弱或加强作用;初始并行发展的2个电子崩间相距大于400μm时,空间电荷对其中垂线处轴向场的影响很小,并且在电子崩转化为流注的临界位置处,空间电荷对其中垂线上的轴向电场远小于外加初始电场。因此,初始并行发展的2个电子崩间相距大于400μm时可独立发展。其次,针对DBD的特点,建立了考虑空间电荷和壁电荷作用的粒子模拟计算的模型,进行均匀DBD（Towsend模式）的粒子模拟计算。结果表明,通过调节外界条件合理地控制空间电荷和壁电荷的作用,可抑制电子崩向流注的转化,实现均匀放电; DBD中初始并行发展的2个电子崩行进过程中会出现三种情况:融合的电子崩,并行发展的2个电子崩和未融合的并行电子崩-流注;据此提出了“电子崩的融合度”C描述实现均匀放电的条件。我们在计算中还发现,如果不考虑壁电荷,两个电子崩是互相排斥的（这是传统的认识）,但如果壁电荷合适,两个电子崩有吸引趋势,这一新现象有待于实验证实。最后,采用不同曲率半径的球面电极,进行DBD径向扩展性的实验研究。观察到中间暗环,边缘亮环的实验现象。它的出现与球面电极曲率半径、气隙长度、气压、电压、频率有关。球面电极中间暗区的放电模式是均匀放电（Towsend模式）,而边缘亮环处是丝状放电,用前述均匀DBD的粒子模拟计算解释了实验现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 介质阻挡放电简介
• 1.2 国内外研究现概述
• 1.3 课题的来源、意义
• 1.4 本文的主要工作
• 2 介质阻挡放电数值模拟的综述
• 2.1 介质阻挡放电数值模拟的理论基础
• 2.2 介质阻挡放电数值模拟的各种方法及初始条件
• 3 均匀介质阻挡放电的粒子模拟计算
• 3.1 单一气隙中电子崩发展的模拟
• 3.2 单一气隙单电子崩发展模拟的结果与讨论
• 3.3 均匀介质阻挡放电的粒子模拟
• 3.4 本章小结
• 4 介质阻挡放电中径向扩展性的实验研究
• 4.1 实验装置和球面电极的介绍
• 4.2 径向扩展性实验研究
• 4.3 实验现象的理论解释
• 4.4 本章小结
• 5 全文总结
• 5.1 本文的主要工作和结论
• 5.2 有待进一步改进的内容
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间已发表或录用论文